內(nèi)臟來源的疼痛是一種臨床上常見且極端痛苦的疼痛，但是相比于外周皮膚來源的疼痛，內(nèi)臟痛的基礎(chǔ)研究明顯不足。研究人員在過去十年間揭示了外周疼痛在外感受性的反射-防御（reflexive-defensive）反應(yīng)相關(guān)的軀體感覺性層面和內(nèi)感受性的自我關(guān)懷（self-caring）反應(yīng)相關(guān)的情感性層面具有不同的脊髓神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制。然而，內(nèi)臟痛是否也存在這兩個(gè)層面上不同的脊髓機(jī)制尚不清楚。

過往研究已經(jīng)揭示了內(nèi)臟炎癥和應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致脊髓神經(jīng)元的敏化（sensitization）。Ness和Gebhart引入了兩個(gè)行為學(xué)實(shí)驗(yàn)來分別研究結(jié)直腸擴(kuò)張（colorectal distention, CRD）導(dǎo)致的傷害感受和厭惡：用腹肌的肌電圖記錄來表征內(nèi)臟運(yùn)動(dòng)反應(yīng)（visceromotor responses, VMRs），從而用VMRs來表征傷害感受；用回避學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來表征厭惡。這種表征的合理性被一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果所支持：去頭動(dòng)物仍然存在VMRs，說明VMRs的發(fā)生不需要前扣帶回（ACC）等與情感相關(guān)的中樞；損傷ACC不影響VMRs，但導(dǎo)致了內(nèi)臟情感性疼痛的喪失。然而，脊髓層面是否存在不同的神經(jīng)元分別參與內(nèi)臟疼痛的傷害感受和厭惡，尚未可知。

最近新加入西湖大學(xué)的馬秋富團(tuán)隊(duì)于2022年12月29日在Neuron在線發(fā)表了Report：該研究采用了一種改良的局灶結(jié)直腸擴(kuò)張（fCRD）研究手段，揭示了脊髓CCK神經(jīng)元同時(shí)參與fCRD在na?ve小鼠上引起的VMRs和厭惡，而脊髓VGLUT3神經(jīng)元選擇性參與fCRD在炎癥性腸炎或中樞去抑制小鼠上引起的厭惡，而不介導(dǎo)VMRs的產(chǎn)生。

一種改良的fCRD實(shí)驗(yàn)方法能充分引起VMRs和厭惡

結(jié)直腸同時(shí)接受背根神經(jīng)節(jié)（DRG）和節(jié)狀神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)支配。該研究利用逆行示蹤發(fā)現(xiàn)直腸在距離肛門0.5-1cm處只接受腰骶DRG的神經(jīng)支配，而不接受節(jié)狀神經(jīng)節(jié)支配。由于本研究著重于脊髓水平的研究，研究人員通過在該直腸處放置不同體積的裝水氣球來施加局灶直腸擴(kuò)張（fCRD）。研究結(jié)果表明25微升fCRD不引起VMRs，而75微升引起強(qiáng)烈的VMRs。

回避學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)是這樣做的：一旦小鼠離開倒扣的培養(yǎng)皿，fCRD即被施加，記錄小鼠停留在培養(yǎng)皿上的時(shí)長。結(jié)果顯示，25微升fCRD沒有引起厭惡，而75微升導(dǎo)致時(shí)長顯著增加，表現(xiàn)為厭惡。進(jìn)一步，在DSS引起的腸炎小鼠上，原本非傷害性的25微升fCRD顯著增強(qiáng)了VMRs和厭惡。

圖1. fCRD分別在na?ve小鼠和DSS腸炎小鼠上引起的VMRs和厭惡。

脊髓CCK神經(jīng)元、而非SOM或VGLUT3神經(jīng)元介導(dǎo)高強(qiáng)度fCRD引起的傷害感受和厭惡

由于脊髓VGLUT3、SOM、CCK神經(jīng)元已經(jīng)被揭示了介導(dǎo)不同軀體感覺刺激（針刺、鉗夾、吹氣、撫摸）引起的回避或舔舐行為，本研究首先研究了這些神經(jīng)元是否參與內(nèi)臟痛的VMRs和厭惡行為。結(jié)果表明敲除脊髓VGLUT3或SOM神經(jīng)元均不影響fCRD在na?ve小鼠上引起的VMRs和厭惡，而敲除脊髓CCK神經(jīng)元顯著降低了75微升fCRD在na?ve小鼠上引起的VMRs和厭惡。

脊髓VGLUT3神經(jīng)元介導(dǎo)低強(qiáng)度fCRD在炎癥性腸炎小鼠上引起的厭惡

進(jìn)一步，研究人員探究了脊髓VGLUT3神經(jīng)元是否參與炎癥狀態(tài)下的傷害感受和厭惡。c-Fos免疫染色結(jié)果表明，25微升fCRD顯著升高了DSS腸炎小鼠的腰骶段和尾段脊髓中VGLUT3神經(jīng)元的c-Fos的表達(dá)。

通過在臂旁核注射逆行示蹤劑，研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，尾段脊髓中投射到臂旁核的VGLUT3神經(jīng)元數(shù)量顯著高于腰骶段，且25微升fCRD顯著激活了DSS腸炎小鼠尾段脊髓中投射到臂旁核的VGLUT3神經(jīng)元。

圖2.低強(qiáng)度fCRD顯著激活DSS腸炎小鼠的脊髓VGLUT3神經(jīng)元。

行為學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，敲除脊髓VGLUT3神經(jīng)元并不影響fCRD在DSS腸炎小鼠上引起的VMRs，但顯著降低了25微升fCRD引起的厭惡。

圖3. 脊髓VGLUT3神經(jīng)元介導(dǎo)fCRD在DSS腸炎和BS中樞去抑制小鼠上引起的厭惡，但不介導(dǎo)VMRs。

脊髓VGLUT3神經(jīng)元介導(dǎo)低強(qiáng)度fCRD在中樞去抑制小鼠上引起的厭惡

由于低強(qiáng)度機(jī)械刺激通過激活抑制性神經(jīng)元，抑制傷害信息的產(chǎn)生，且脊髓VGLUT3神經(jīng)元過往被揭示參與這一門控機(jī)制，本研究進(jìn)一步探究了在內(nèi)臟感受中VGLUT3是否也參與這一抑制性門控過程。

利用鞘內(nèi)注射GABAA和甘氨酸受體拮抗劑構(gòu)建BS中樞去抑制小鼠，研究人員發(fā)現(xiàn)25微升fCRD顯著升高了尾段脊髓VGLUT3神經(jīng)元c-Fos的表達(dá)；敲除脊髓VGLUT3神經(jīng)元顯著降低了25微升fCRD引起的厭惡，但不影響VMRs。

脊髓VGLUT3神經(jīng)元將fCRD相關(guān)的情感信息投射到臂旁核

為了探究脊髓VGLUT3神經(jīng)元如何傳遞內(nèi)臟情感性信息，研究人員研究了投射到臂旁核的脊髓VGLUT3神經(jīng)元。結(jié)果表明，VGLUT3陽性神經(jīng)元密集分布于PBcil亞核，25微升fCRD顯著升高了DSS腸炎小鼠的PBcil中c-Fos的表達(dá)，而敲除脊髓VGLUT3神經(jīng)元顯著降低了該表達(dá)。利用catCh光激活投射到PBcil的脊髓VGLUT3神經(jīng)元充分誘導(dǎo)了厭惡的產(chǎn)生，但沒有顯著升高VMRs。

圖4. 投射到臂旁核的脊髓VGLUT3神經(jīng)元介導(dǎo)厭惡。

結(jié) 論

該研究揭示了內(nèi)臟痛與外周軀體疼痛類似，也存在相對(duì)分離的參與感覺性層面和情感性層面信息傳遞的神經(jīng)元群體，脊髓VGLUT3神經(jīng)元可能在傳遞內(nèi)臟炎癥性疼痛的情感信息方面發(fā)揮重要作用。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.12.003

編譯作者：Hong Chaoli（brainnews創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)）

校審：Simon（brainnews編輯部）

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